基于LabVIEW的倒車(chē)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

　　一. 引言

　　隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，汽車(chē)已成為新時(shí)代的代名詞。目前各國(guó)汽車(chē)的保有量均不斷上升，同時(shí)由于汽車(chē)所導(dǎo)致的交通事故也呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)每三分鐘發(fā)生一起交通事故，每五分鐘有一人因交通事故而死亡。所以消費(fèi)者在選擇汽車(chē)作為代步工具時(shí)除了考慮外觀和表面，亦對(duì)車(chē)身的安全性能給予更多的關(guān)注。自19世紀(jì)九十年代以來(lái)，駕駛員輔助安全系統(tǒng)得到迅猛發(fā)展。目前已開(kāi)發(fā)出并安裝于的輔助安全系統(tǒng)有電子輔助制動(dòng)系統(tǒng)(EBA)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)(ACC)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESC)、主動(dòng)避撞系統(tǒng)(ABC)和自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)(ASC)等。上述輔助安全系統(tǒng)的主要功能大體可以概括成當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到駕駛員或車(chē)輛處于危險(xiǎn)情況時(shí)，系統(tǒng)提示駕駛員相關(guān)操作信息或直接制動(dòng)車(chē)輛以防止碰撞的發(fā)生。

　　從技術(shù)層面看，多數(shù)交通事故發(fā)生關(guān)鍵問(wèn)題即駕駛員無(wú)法準(zhǔn)確控制車(chē)速和車(chē)—障礙物的距離，此問(wèn)題在倒車(chē)過(guò)程中表現(xiàn)得尤為突出。例如，在倒車(chē)過(guò)程中駕駛員對(duì)車(chē)后存在視野死角和視線模糊的問(wèn)題,使得駕駛員無(wú)法正確判斷車(chē)輛與車(chē)后障礙物的實(shí)時(shí)距離，因此造成誤操作從而導(dǎo)致各種擦碰事故頻發(fā)，此類事故的頻發(fā)降低了駕駛的安全性。

　　二. 倒車(chē)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的系統(tǒng)背景與設(shè)計(jì)原則

　　市場(chǎng)上的倒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)大體可分為兩類：倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)和倒車(chē)影像系統(tǒng)。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)利用超聲波測(cè)距原理，在智能控制器的控制下，由裝置于車(chē)尾的探頭發(fā)送超聲波信號(hào)，并接收經(jīng)障礙物發(fā)射的回波信號(hào)，繼而控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理從而計(jì)算出車(chē)—障礙物的實(shí)際距離。而倒車(chē)影像系統(tǒng)則是通過(guò)安裝在車(chē)后的遠(yuǎn)紅外線廣角攝像裝置，將車(chē)后的障礙物實(shí)時(shí)顯示在車(chē)內(nèi)顯示屏上，使得車(chē)后的狀況更加直觀可視。目前的倒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)的本質(zhì)是在倒車(chē)過(guò)程中系統(tǒng)將所探測(cè)的車(chē)后環(huán)境反饋給駕駛員并給予一定操作提示，而不直接介入車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)控制。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況或者駕駛員誤操作時(shí)，依然無(wú)法避免碰撞的發(fā)生。因此為了提高駕駛員及車(chē)輛的安全性，新一代的倒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。

　　新一代的倒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題即如何更好的控制車(chē)速和車(chē)—障礙物的距離。Kyongsu Yi提出適用于Stop-and-Go(S&G)控制系統(tǒng)的車(chē)—車(chē)距離控制算法，此算法包含了距離控制及利用節(jié)氣門(mén)及剎車(chē)控制以達(dá)到加速度軌跡追蹤的目的。其控制器采用LQ最佳控制法則，在控制效果上，此算法提供了一個(gè)良好的距離控制性能，并且有效的克服建構(gòu)模型的誤差問(wèn)題。但其無(wú)法控制車(chē)速維持在低速范圍。Venhovens在此基礎(chǔ)上改善了速度控制策略，從而提升S&G控制系統(tǒng)在低速范圍的準(zhǔn)確性。但其依然無(wú)法解決車(chē)輛勻速行進(jìn)，由此產(chǎn)生的聳車(chē)降低了駕駛員的舒適性。所以車(chē)輛的低速控制，尤其在倒車(chē)過(guò)程中的低速控制，依然有待發(fā)展，同時(shí)也是新一代倒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)的核心所在。

　　由于低速控制的速度控制范圍小、精度要求高以及實(shí)時(shí)性強(qiáng)。同時(shí)由于車(chē)身零部件屬非線性時(shí)變系統(tǒng)，因此產(chǎn)生的累計(jì)誤差對(duì)控制系統(tǒng)會(huì)造成極大影響。故系統(tǒng)在對(duì)車(chē)身狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析的同時(shí)必須要求相應(yīng)系統(tǒng)對(duì)控制指令作出快速相應(yīng)。本文開(kāi)發(fā)的新一代倒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)—基于LabVIEW的倒車(chē)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)著重于改善車(chē)輛在倒車(chē)過(guò)程中以低速平穩(wěn)倒車(chē)，以確保駕駛員的行車(chē)舒適度。同時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到車(chē)—障礙物距離處于危險(xiǎn)范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)使車(chē)制動(dòng)從而保證駕駛員及車(chē)輛的安全性。

　　倒車(chē)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的控制指標(biāo)如下：
　　1)車(chē)速方面：①預(yù)定車(chē)速②實(shí)時(shí)車(chē)速③實(shí)時(shí)加速度④期望壓力值⑤實(shí)際壓力值
　　2)距離方面：①車(chē)—障礙物實(shí)時(shí)距離②預(yù)定警戒距離

　　三. 倒車(chē)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)模塊圖　　

 

　　系統(tǒng)總共包括四個(gè)模塊，分別是數(shù)據(jù)處理中心(DPC)、探測(cè)模塊、剎車(chē)控制模塊以及顯示模塊。DPC主要負(fù)責(zé)收集匯總實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并根據(jù)相關(guān)控制算法對(duì)其余各模塊發(fā)出相應(yīng)控制指令。探測(cè)模塊通過(guò)NI設(shè)備驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至DPC。剎車(chē)控制模塊通過(guò)NI-8473與車(chē)載CAN通信無(wú)縫連接，返回車(chē)身實(shí)時(shí)狀態(tài)信息至DPC并將DPC處理后的控制指令發(fā)送至車(chē)載相關(guān)設(shè)備，以此實(shí)現(xiàn)車(chē)載設(shè)備與LabVIEW平臺(tái)的信息交互。顯示模塊基于LabVIEW平臺(tái)顯示車(chē)身實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及測(cè)距模塊的車(chē)—障礙物的距離，并可修改剎車(chē)控制算法中特征變量的參數(shù)大小。

　　3.2 探測(cè)模塊設(shè)計(jì)

　　3.2.1 工作原理

　　大部分剎車(chē)系統(tǒng)傳感器的探測(cè)范圍在30cm至200cm之間，本系統(tǒng)選取性價(jià)比較高的超聲波傳感器測(cè)量距離。其探測(cè)范圍為30cm至250cm之間，盲區(qū)為30cm。超聲波傳感器的工作原理及脈沖時(shí)序如圖2、3?！　?/p>